生物化学王镜岩第三版第31章 氨基酸的生物合成

氨基酸代谢概况食物蛋白质氨基酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤（次生物质代谢）CO2胺第31章氨基酸及其重要衍生物的生物合成一、概论（一）不同生物合成氨基酸的能力不同，合成氨基酸的种类不同，利用的原料也不同。从合成的种类：有的能合成构成蛋白质的全部氨基酸，有的能合成部分氨基酸。如高等植物能合成构成蛋白质的全部氨基酸，不同微生物合成氨基酸的能力有很大的差别，人与动物则必需氨基酸不能合成。对植物来说：能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。对微生物来说：不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。大肠杆菌能合成全部氨基酸，乳酸菌则有些氨基酸不能合成。对动物来说：必需氨基酸—动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才能维持正常生长发育。Phe、Trp、Leu、Ile、Val、Thr、Met、Lys（His、Arg）。非必需氨基酸——凡是动物体内能合成的氨基酸。非必需氨基酸的生物合成a、由α-酮酸氨基化生成b、由某些非必需氨基酸转化而来c、由某些必需氨基酸转变而来（一）不同生物合成氨基酸的能力不同，合成氨基酸的种类不同，利用的原料也不同。从氨基酸合成的碳源看：各种氨基酸的碳骨架主要来源酮酸，酮酸主要来源于柠檬酸循环、糖酵解和磷酸戊糖途径。氨基多来自于谷氨酸和谷氨酰胺。柠檬酸循环糖酵解戊糖磷酸途径氨基酸分解途径氨基酸合成的碳架来源：氨基酸合成的氨基来源：起始于无机氮，即无机氮先转变为氨气，再转变为含氮有机化合物。无机界有机界N2NH3NO3-氨基酸核苷酸叶绿素蛋白质DNA、RNA多糖、脂类无机氮和有机氮的相互代谢转化固氮作用反硝化作用绝大多数植物及微生物某些微生物同化作用生物合成异化作用分解代谢生物合成分解代谢硝酸基还原（二）按碳骨架的来源氨基酸的合成分1、α-酮戊二酸衍生物型（谷氨酸型）2、草酰乙酸衍生物型（天冬氨酸型）3、丙酮酸衍生物型4、甘油酸-3-磷酸衍生物型（丝氨酸型）5、磷酸烯醇式丙酮酸衍生物型6、组氨酸的合成氨基酸的合成总图谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族丝氨酸族His和芳香族氨基酸的分族柠檬酸循环α-酮戊二酸草酰乙酸谷氨酸天冬氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酰胺天冬酰胺甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸（天冬氨酸族）（谷氨酸族）糖酵解丙酮酸丝氨酸半胱氨酸甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸甘油酸-3-磷酸（丝氨酸族）（丙酮酸族）糖酵解苯丙氨酸色氨酸酪氨酸组氨酸磷酸烯醇式丙酮酸赤藓糖-4-磷酸戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径核糖-5-磷酸（芳香族氨基酸）生物体利用3种反应途径把氨转化为有机化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。1、氨甲酰磷酸合成酶催化CO2（以HCO3-的形式）及ATP合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。2、谷氨酸脱氢酶催化-酮戊二酸还原、氨化，生成谷氨酸。3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。NH3+CO2+2ATP+H2ON2H-C-O-P-O-==-OOO+2ADP+Pi氨甲酰磷酸合成酶IMg2+1、氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸在谷氨酸脱氢酶催化下，将α-酮戊二酸还原、氨化为谷氨酸COO-│C=O│CH2│CH2│COO-谷氨酸脱氢酶NAD(P)H+H+NAD(P)+COO-│C—H│CH2│CH2│COO-H3N—氨2、α-酮戊二酸还原、氨基化为谷氨酸α-酮戊二酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶途径这是异养真核生物（如真菌）的氨同化的主要途径，要求[NH3]高。L-谷氨酸脱氢酶+H2O+NH3NAD(P)+NAD(P)H+H+COOHCH2CH2C=OCOOHCOOHCH2CH2CHNH2COOHα-酮戊二酸谷氨酸（TCA循环产生的）由谷氨酸与氨再生成谷氨酰胺，合成谷氨酰胺要消耗ATP.也能把氨转变为有机物。COO-│C—H│CH2│CH2│COO-H3N—+NH4+谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi+H+COO-│C—H│CH2│CH2│C=OH3N—│NH23、谷氨酸酰胺化为谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸这是高等植物的氨同化的主要途径。二、氨基酸的合成主要通过转氨基作用AA-R1α-酮酸R1转氨酶AA-R2α-酮酸R2许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站”，Glu其它AA。氨基酸的合成｛有C架（α-酮酸）有AA提供氨基(最主要为谷AA)（一）谷氨酸族氨基酸的合成包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、羟脯(Hyp)、精(Arg)赖氨酸（lys)共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸（动物和真菌，不普遍）2、由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶α-酮戊二酸转氨酶氨基酸α-酮酸（普遍）由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的关系图酸3、由谷AA精AA4、由谷AA脯AA5、L-赖氨酸的生物合成L赖氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的两条途径。覃类（和眼虫）L－赖氨酸的合成以-酮戊二酸为起始物。细菌和绿色植物则是通过丙酮酸和天冬氨酸-β-半醛的缩合途径。几种氨基酸的关系α-酮戊二酸谷AA谷氨酰胺脯AA羟脯AA鸟AA瓜AA精AA（二）天冬氨酸族氨基酸的合成包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏(Thr)、甲硫(Met)、异亮(Ile)共同碳架：TCA中的草酰乙酸1、L-天冬氨酸的生物合成2、L-天冬酰胺的生物合成（1）（2）（存在于细菌中）（存在于哺乳动物中）3、细菌和植物L-赖氨酸的生物合成4、L-甲硫氨酸的生物合成5、L-苏氨酸的生物合成6、L-异亮氨酸的生物合成几种氨基酸的关系草酰乙酸赖氨酸苏氨酸甲硫氨酸异亮氨酸天冬酰胺天冬氨酸β-天冬氨酸半醛包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)（三）丙酮酸族氨基酸的合成共同碳架：EMP中的丙酮酸1、丙氨酸的生物合成2、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成3、亮氨酸的生物合成（四）丝氨酸族氨基酸的合成包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)（1）甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸CH2-COOHCH2-CHNH2COOH--COOHCHO-+COOHCH2NH2-CH2-COOHCH2-C=OCOOH--+α-酮戊二酸甘AA谷AA乙醛酸1、丝氨酸和甘氨酸的生物合成途径（有两条途径）COOHCH2NH2-COOHCH2OHCHNH2-+NH3+CO2+2H++2e-2H2O丝AA甘AA（2）碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸甘氨酸脱羟酶丝氨酸羟甲基转移酶2、半胱氨酸的生物合成（1）某些植物和微生物体内半胱氨酸的合成途径-SH主要来源于硫酸，硫酸要还原为H2S；在动物体内来源于高半胱氨酸。植物和微生物体内的合成在动物休内半胱氨酸的直接前体为丝氨酸和高半胱氨酸，后者也是甲硫氨酸生物合成中的一个中间产物，也可称为前体。（2）动物体内半胱氨酸的合成途径三种氨基酸的关系乙醛酸甘AA丝AA半胱AA3-磷酸甘油酸（五）组氨酸和芳香族氨基酸的生物合成包括：组AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe)芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP)1、芳香族氨基酸的生物合成芳香族AA碳架：赤藓糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP)（1）由分支酸形成苯丙氨酸和酪氨酸酪氨酸的生物合成除上述途径外，还可由苯丙氨酸羟基化而形成。催化此反应的酶称为苯丙氨酸羟化酶，又称苯丙氨酸-4-单加氧酶。（2）由分支酸形成色氨酸色氨酸碳原子和氮原子来源总结芳香族氨基酸的关系色氨酸PEP4-磷酸赤藓糖莽草酸分支酸预苯酸酪氨酸苯丙氨酸若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫莽草酸途径2、组氨酸的生物合成CH2HCCCH-NH2COOH--NHCHN来自核糖来自谷氨酰胺的酰胺基从谷氨酸经转氨作用而来来自ATP组氨酸碳原子和氮原子来源总结氨基酸的生物合成的碳架来源（1）非必需氨基酸的生物合成（2）各族氨基酸的前体及相互关系a、由α-酮酸氨基化生成b、由某些非必需氨基酸转化而来c、由某些必需氨基酸转变而来非必需氨基酸的生物合成各种氨基酸的前体及相互关系谷氨酸族天冬氨酸族丙氨酸族丝氨酸族His和芳香族三、氨基酸生物合成的调节（一）通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制1、简单的终端产物抑制2、不同终端产物对共经合成途径的协同抑制3、不同分支产物对多个同工酶的特殊抑制——酶的多重性抑制4、连续产物抑制，又称连续反馈控制或逐步反馈抑制（二）通过酶生成量的改变调节氨基酸生物合成酶生成量的控制主要是通过有关酶编码基因活性的改变。当某种氨基酸的合成能够提供超过需要量的产物时，则该合成途径的酶的编码基因即受到抑制；而当合成产物浓度下降时，则有关酶的编码基因即解除抑制，从而合成增加产物浓度所需要的酶。1.氧化氮的形成脊椎动物体内的一种重要的信息分子，在信号传导过程中起重要作用。它是由精氨酸在氧化氮合酶（NOS）的催化下形成的，产物为氧化氮和瓜氨酸。四、氨基酸转化为其它氨基酸及其它代谢物H2NCHCCH2OHOCH2COHNCHCHOHOHNCHCCH2OSHγ-Glu-Cys-GlyE1CHCOO-R+NH3Cys-GlyH2NCHCCH2OHOCH2COCHCOO-RNHCHCOO-R+NH3HNCOHOOATP+2H2OADP+PiH2NCHCCH2OHOCH2COHOH2NCHCCH2OHOSHH2NCHCCH2OHOCH2COHNCHCCH2OHOSHH2NCHCHOHOE2E3E4E5γ-谷氨酰氨基酸5-氧代脯氨酸γ-谷氨酰半胱氨酸细胞膜外内ADP+PiATPADP+PiATPE1：γ-谷氨酰转肽酶E2：γ-谷氨酰环化转移酶E3：5-氧代脯氨酸酶E4：γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶E5：谷胱甘肽合成酶γ-谷氨酰循环2.谷胱甘肽3.肌酸的生物合成H2NCHCHOHONH2CHCH2COHOH2CH2CHNCNH2NHNH2CHCCH2OHOH2CH2CNH2CH2NNHHNCH2COHO胍基乙酸H2NCHCCH2OHOCH2SH3CNNNNNH2OOHOHHHHCH2H+H2NCHCCH2OHOCH2SNNNNNH2OOHOHHHHCH2HCH2NNHNCH2COHOCH3精氨酸提供胍基；甲硫氨酸提供甲基。肌酸的合成合成原料：Arg、Gly、SAM合成部位：主要在肝NCH2COOHCH3CNH2HNSAMArgGly